El hidrógeno, un combustible "verde" con gran potencial en el transporte y en el almacenamiento energético

Mientras todos los dedos apuntan al coche eléctrico como el símbolo de la movilidad alternativa para un futuro sin emisiones de CO2, otro combustible, tan verde y renovable como el que más, se mantiene en un segundo plano. Pero todo esto podría cambiar en los próximos años.

Y es que la idea de una economía basada en el hidrógeno ha existido desde las crisis petroleras de los años setenta, aunque no ha llegado a materializarse como un combustible de éxito. Sin embargo, de acuerdo con Jan Cihlar de la consultora Ecofys, el hidrógeno podría convertirse en un elemento clave para la transición hacia una economía descarbonizada, porque lo importante es producir electricidad de fuentes renovables. Solo una potencial caída de los costes podría conseguirlo, podría ser una posibilidad para aplicarlo en el transporte y en la industria.

La mayor parte del hidrógeno producido hoy en día se utiliza en las empresas petroquímicas y en la fabricación de fertilizantes. El 99% proviene de la evolución tecnológica del sector de los combustibles fósiles, básicamente por ser un método más económico. Pero en realidad si se quiere utilizar el hidrógeno como combustible 'verde', si no progresa hacia otros campos, no tiene ningún beneficio climático real, ya que en los usos actuales se emite CO2 en el proceso.

Ciertamente la electrólisis del agua para convertirse en hidrógeno es una alternativa a la emisión de gases de efecto invernadero. De hecho, este "hidrógeno verde" podría tener numerosas aplicaciones que van desde la alimentación industrial a los vehículos de pilas de combustible, además del almacenamiento de energía.

La pregunta clave es: ¿Puede ser el hidrógneo competitivo? Como los costes de producción de la electrólisis están relacionados con los precios de la electricidad, a medida que estos caigan gracias a la revolución de las energías renovables, algo que ya está ocurriendo, las puertas al desarrollo del hidrógeno podrían abrirse definitivamente.

Potencial reducción de costes

Se evaluaron diversos escenarios para la evolución del coste de la electrolisis del agua. Los datos sobre los costes de producción a día de hoy son escasos, principalmente porque hasta ahora se han construido muy pocos electrolizadores de gran tamaño. Tomando como referencia el punto en el que está la tecnología a día de hoy, el coste de capital (CAPEX) para un electrolizador de membrana de electrólito polimérico (PEM) típico (de 1MW) es de alrededor de 900 euros/kW. Para sistemas alcalinos grandes es alrededor de 500 euros/kW.

Aunque la tecnología PEM es ahora más cara, posee un potencial de reducción de costes mucho mayor que la alcalina, si se hace a gran escala. El Departamento de Energía de EEUU estima que el coste de capital del electrolizador puede bajar a 250 euros/kW. En este nivel, si se logra una eficiencia óptima del electrolizador (aproximadamente el 75% en aplicaciones de energía a gas), si los precios de la energía renovable continuaran cayendo y si los impuestos sobre el carbono subieran entre 45 y 85 euros/ton, el hidrógeno basado en la electrólisis podría convertirse en un combustible competitivo. Y si asumimos un coste de la electricidad en el mercado mayorista en un rango entre 9-25 €/MWh, el hidrógeno verde podría ser un 45% más barato que el hidrógeno derivado del vapor de gas natural.

¿Y para el transporte? Pues se traduciría en un coste entre 2,5 y 3,12 €/100 km en costes de combustible para el usuario final. Esto se puede ver en el siguiente gráfico:

Con esto se demuestra que el hidrógeno es un combustible que podría ser revolucionario en el transporte, ya que las eficiencias de conversión del tanque a las pilas de combustible pueden ser sustancialmente más altas que las de los motores de combustión interna. Esta ventaja se hace más ostensible si se añade un impuesto sobre el carbono al precio de los combustibles fósiles.

Sin embargo, la comparación no incorpora la diferencia entre los precios de compra de vehículos convencionales frente a los alternativos. Actualmente la ventaja de coste de usar hidrógeno en lugar de gasolina no es posible. En otras palabras, incluso si los gastos de operación (OPEX) son comparables, el coste de compra del vehículo (CAPEX) favorecerá a los vehículos de gasóleo y gasolina. Para que el hidrógeno sea competitivo, o bien el coste para el mercado minorista tendría que bajar mucho, incluso por debajo del de los combustibles fósiles, o las economías de escala tendrían que reducir el coste de los vehículos alternativos significativamente. Y eso, aunque a día de hoy es difícil de imaginar, no es imposible.

Hidrógeno como almacenamiento de energía

La otra aplicación muy interesante donde podría incorporarse el hidrógeno como energía 'verde' es en los sistemas de almacenamiento de energía. Probablemente para ello, se debería desarrollar en etapas. Mientras que su uso como materia prima química en el sector industrial y como combustible en el transporte podría ganar impulso de manera inmediata, la utilización en aplicaciones estacionarias (por ejemplo, en el almacenamiento de energía) se espera que siga siendo modesto.

El hidrógeno podría proporcionar flexibilidad a la red a través de la conversión del exceso de electricidad de las energías renovables en hidrógeno y viceversa. Esto podría ser en teoría útil en los casos de alta generación y baja demanda, de seguridad (por ejemplo, para la estabilidad de la red), o económicos, pero los costes actualmente son prohibitivos.

Mientras se espera a que la revolución del hidrógeno llegue a nuestras vidas cotidianas, ya hay iniciativas que prometen. De hecho, en enero de 2017, en el Foro Económico Mundial de Davos, un consorcio de trece empresas internacionales con ingresos acumulados de un billón de dólares creó el Consejo del Hidrogeno. Su propósito principal es avanzar en el conocimiento y uso del hidrógeno como fuente de energía. También Japón planea que 5,3 millones de hogares tengan sistemas combinados de calor y electricidad basados en hidrógeno en 2030, mientras que la ciudad de Leeds, en el Reino Unido, se ha propuesto convertir su red de gas natural en una red de hidrógeno para 2026. En el transporte, trenes, autobuses y camiones están intentando convertirse al hidrógeno y cuántos más sean más se acelerará su desarrollo.

Todo un universo se abre en torno al hidrógeno de origen renovable, pero ¿será capaz de convertirse en el centro de atención de la industria y de la ciencia y liderar la revolución energética del futuro?